鍋爐除焦劑使用分析

五凌電力貴州黔東電力有限公司 王海濤

1.鍋爐結焦原因分析

受熱面上的灰污染按其粘結強度可分為松散性積灰和粘結性積灰（包括結焦）。松散性灰污的產生僅是一個物理過程。從技術角度出發，松散性灰污有時無法避免，且只要保證適當的受熱面結構設計尺寸，組織好燃燒工況和保持足夠的氣流能量，并在必要時配合正常的定期吹灰等，即可將灰污染程度控制在合理的范圍內。而對同時具有物理化學兩種作用的粘結性灰污（這種現象發生在鍋爐的高溫部分，例如爐膛稱之為結焦），由于灰污層強度高，物理方法難以清除，且具有無限生長的特性，帶來的危害性更大。運行中影響鍋爐粘結性灰污(結焦)的因素是多方面的、復雜的，最主要的就是入爐煤的煤質。

燃料中灰分含量高，灰熔點低，是鍋爐易結焦的原因之一。對煤種及燃燒方式的選擇，應盡量選擇與設計煤種相符的煤種，當燃煤為低灰熔點時，應與灰熔點高的煤混燒。結焦是否產生還取決于燃煤的礦物質特性。處于鍋爐燃燒中心（溫度達 1450～1650℃）的粉煤灰可能已全部熔化或表面熔化。在正常情況下，熔渣離開燃燒中心碰到受熱面以前應當已冷卻成固體狀態，這樣與受熱面碰撞后仍被煙氣帶走，只會引起磨損，不致釀成結焦。若熔渣在與受熱面撞擊時，仍保持熔化狀態，則粘附在管壁上，形成結焦。造成鍋爐結焦的主要原因是灰份的成份及其熔點。煤灰中所含的SiO2、Al2O3、MgO、Fe3O4、Fe2O3、FeO、CaO、Na2O、K2O等各自有不同的熔點。一般來說，SiO2、Al2O3的含量高時，煤灰熔點也高；鐵和堿金屬的氧化物多時，煤灰熔點較低；具有助熔作用的CaO以及燃料中黃鐵礦（FeS）等多時，會使煤灰熔點下降；當它們作為混合物晶體存在時，又會使煤灰熔點改變。如果灰渣中形成三元共晶體Al2O3·2SiO2+2FeO·SiO2+SiO2，則熔點只有1000～1100℃；形成二元共晶體CaO·FeO+CaO·Al2O3熔點為1200℃。

2.鍋爐除焦劑的除焦機理

添加化學藥品可改變礦物質在爐內的反應歷程，從而改變其灰污特性。從30年代開始有人研究并采用化學添加劑清除鍋爐受熱面上的積灰。60年代，以銅為主要成分的添加劑開始用于解決爐膛結焦，并已開發成產品在一些國家應用。80年代我國的除焦劑（清灰劑）問世，綜合起來主要有兩大類：氧化型和鹽型，現已廣泛用于清除鍋爐受熱面上的灰污。

“速特威”2633鍋爐除焦劑屬于鹽型除焦劑，其工作原理是提高焦層共熔物的熔點，使之二次燃燒。在400℃的溫度下，會與焦層中的有機物發生自燃。在700℃的溫度時，在氣流的作用下，與焦層中的炭沫、硫磺和其它可燃物質碰撞、摩擦會發生燃燒和微爆現象，使焦層松化。除焦劑在深入焦層內部過程中，改變焦層的晶格，使焦層的晶體由堅硬的納長石和鈣長石，改變為疏松的石英和莫來石等。

對于鍋爐結焦，除焦劑雖不能防止其產生，但能改變其結焦強度，此時配合氣流的物理作用就能達到除焦的目的。因此在使用除焦劑時，配合正常的定期吹灰，效果更為明顯。

3.黔東除焦劑使用效果

黔東電廠#1、2爐采用東方鍋爐廠引進福斯特惠勒公司技術設計制造，型號DG2028/17.45-Ⅱ3，型式：亞臨界壓力，一次中間再熱的自然循環鍋爐，雙拱形單爐膛，W型火焰燃燒方式。兩臺機組分別于2008、2009年投產。投產以來結焦嚴重，為此，該廠自2012年開始使用速特威(STW)2633液體除焦劑對#1、2爐進行除焦。

(1)除焦的必要性

該廠鍋爐因采用W型火焰燃燒方式，導致爐膛火焰中心達1600℃以上，適應煤種為無煙煤。但自投產以來一直燃用嚴重偏離設計的煙煤，且為高硫、高灰分煤種。因此兩臺爐自投產以來結焦嚴重，運行一周左右即能在爐膛產生大量的爐焦。后#2爐經廠家計算試驗性的減少部分衛燃帶后結焦嚴重稍微減輕，但隨之而來的是再熱汽溫偏低。#1爐衛燃帶未進行改造鍋爐結焦嚴重，隨之而來的是頻繁落焦問題。落焦對鍋爐燃燒產生很大的擾動，造成鍋爐燃燒不穩，甚至造成鍋爐滅火、機組跳閘，嚴重影響機組安全運行。2010年以來，因爐膛落焦#1鍋爐發生數次因垮大焦導致燃燒不穩，被迫投油穩燃；更嚴重的造成一次鍋爐滅火，多次因大焦導致撈渣機鏈條卡澀，降負荷處理鏈條斷鏈時間長達12小時，嚴重影響鍋爐運行安全。由于結焦嚴重，鍋爐受熱面傳熱效果受到很大影響。一方面，造成爐膛出口區域煙氣溫度偏高，受熱面管束易超溫而縮短使用壽命，同時使鍋爐減溫水超量增大，降低機組效率；另一方面，造成鍋爐排煙溫度嚴重偏高排煙設計值為120℃，而實際運行中，排煙溫度高達140～150℃，比設計值高20～30℃，從而使鍋爐排煙熱損失增大，嚴重影響機組經濟運行。

鍋爐熄火造成機組跳閘，將對電網造成較大沖擊，影響到社會效益。機組效率降低造成發電煤耗上升，意味著能源消耗上升，煙氣、灰、渣排放量上升，對資源及環境保護造成不利影響。此外，機組跳閘后恢復過程中須投用助燃油，也會加大資源消耗。

(2)速特威-2633 除焦荊除焦原理及特點

速特威-2633鍋爐除焦劑為液態化學制品（硝酸鹽水溶劑），呈淡藍色，PH值4～6.1，無毒、無味、無爆炸危險，對人體無危害，對環境無污染。其除焦機理和過程為：除焦劑通過噴藥設備由看火孔噴入爐內，在爐膛內迅速汽化，隨后在隨煙氣氣流通過爐膛、過熱器、再熱器的同時，與受熱面的結焦發生化學反應，改變焦塊（灰渣）原有堅硬的鈾長石和鈣長石的晶體結構，使其變為疏松的莫來石和石英，隨后在氣流的作用下（包括正常的定期吹灰）脫落，從而達到除焦的目的。實踐證明其除焦范圍大、效果好。噴藥過程中不會對鍋爐燃燒產生任何不良影響。同時，在氣體排放中也不會對環境產生不利影響。

(3)除焦劑使用效果

(a)排煙溫度變化

由于使用除焦劑減輕和清除鍋爐受熱面的結焦和高溫積灰，強化了鍋爐傳熱，因而降低了鍋爐的排煙溫度。根據鍋爐的DCS數據統計分析，使用除焦劑的2012年鍋爐排煙溫度較2011年平均下降18℃，考慮到環境溫度2012年冬季較2011年秋季同期低，經折算，在相同環境溫度的條件下，2012年排煙溫度較2011年降低約10℃。一般來說，鍋爐排煙溫度每降低10～15℃，鍋爐效率可提高約1%，故可認為鍋爐熱效率提高將近1%左右。如圖1所示。

圖1 #1爐使用除焦劑前后排煙溫度變化

(b)減溫水流量變化

圖2為#1爐使用除焦劑前后過熱器減溫水流量變化規律，使用除焦劑后過熱器減溫水流量在任何負荷下都有一定程度的下降，這使得機組的安全性和經濟性都有一定程度的提高。

圖2 #1爐使用除焦劑前后減溫水變化

(a)高溫過熱器出口煙溫變化

使用除焦劑以后，#1爐高溫過熱器出口煙溫變化如圖3所示，由圖可知：

圖3 使用除焦劑前后高過出口煙溫變化

(1)使用除焦劑以后，#1爐高溫過熱器出口煙溫總體呈下降趨勢。

(2)無論在任何負荷范圍，使用除焦劑后，#1爐高溫過熱器出口煙溫降低25～35℃左右。

(3)高溫過熱器出口煙溫下降，說明高溫過熱器管組及之前受熱面（爐膛、屏過）的吸熱量增加，顯然，受熱面結焦不斷減少是導致這一變化的主要原因。

(d)提高鍋爐燃燒穩定性、保證鍋爐安全運行

鍋爐使用除焦劑3-4個月后，鍋爐結焦程度大為減輕，基本看不到大的焦塊，從而有效地避免了因落焦造成的鍋爐滅火事故的發生，有力地保證了機組安全、可靠運行，而鍋爐每次熄火可造成直接經濟損失約 50萬元。

(e)其它效益

(1)在使用除焦劑后，爐膛結焦減少，水冷壁吸熱增多，爐膛出口煙氣溫度合理，可有效防止過熱器受熱面超溫。

(2)鍋爐除焦后，機組運行可靠性提高，有力地保證電網的穩定，產生良好的社會效益。

(3)使用除焦劑后，去除了鍋爐受熱面結焦，檢修期間可免除除焦工作，降低了人員勞動強度。

4.結論

黔東#1爐使用除焦劑后效果明顯，主要表現為鍋爐排煙溫度、過熱器減溫水流量、二級過熱器出口煙溫等參數開始降低，說明除焦劑對該公司的鍋爐有較為理想的除焦效果。

[1]岑可法,樊建人,池作,等.鍋爐和熱交換器的積灰、結渣、磨損和腐蝕的防止原理和計算[M].北京:科學出版社,1994:1-5,267-269.

[2]林宗虎,徐通模.實用鍋爐手冊[M].北京:化學工業出版社,1999:89-98.